coefficient of thermal expansion

定義：固體在溫度每升高1K時長度或體積發(fā)生的相對變化量。分為線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)。

學科：材料科學技術(shù)_材料科學技術(shù)基礎(chǔ)_材料科學基礎(chǔ)_材料性能

相關(guān)名詞：線膨脹系數(shù) 熱膨脹法 熱機械分析 過盈配合

圖片來源：視覺中國

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熱膨脹系數(shù)是材料科學中衡量物體尺寸隨溫度變化能力的核心參數(shù)，其研究貫穿材料設計、性能評估、工程應用及前沿技術(shù)創(chuàng)新。熱膨脹系數(shù)定義為材料單位溫度變化引起的長度或體積變化，分為線膨脹系數(shù)（α）和體積膨脹系數(shù)（β）。

熱膨脹系數(shù)主要測試方法有熱膨脹法、激光干涉法、熱機械分析（TMA）。熱膨脹法是通過加熱試樣并監(jiān)測其長度變化，計算線膨脹系數(shù)。激光干涉法是一種非接觸式測量，適用于高溫或易氧化材料。熱機械分析是結(jié)合動態(tài)溫度掃描，分析材料相變與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系。

在電子芯片封裝中，芯片與PCB基板的熱失配會導致焊點疲勞斷裂，需要使用底部填充膠或低膨脹合金緩沖。在航天器熱控中，衛(wèi)星天線在-100℃至150℃工況下，需通過熱膨脹系數(shù)匹配設計避免信號失真。在橋梁與軌道中，預留伸縮縫以補償鋼材熱膨脹，防止夏季高溫下的結(jié)構(gòu)變形。在溫度測量中，雙金屬片利用不同熱膨脹系數(shù)材料的彎曲效應，制成熱敏開關(guān)或溫度計。在發(fā)動機缸體中鋁合金缸體與鑄鐵缸套的膨脹差異可能導致缸套變形，需通過過盈配合補償。在精密機床中絲杠材料在溫升10℃時，1米行程的積累誤差達117μm，需通過閉環(huán)溫控或材料優(yōu)化。

如今，通過結(jié)合有限元分析與分子動力學模擬，能預測復合材料在極端溫度下的線膨脹系數(shù)響應；利用機器學習算法，能篩選低膨脹高熵合金，加速新材料開發(fā)；開發(fā)可逆膨脹材料，可減少資源浪費；利用余熱驅(qū)動熱膨脹效應發(fā)電，可推動綠色能源技術(shù)。

熱膨脹系數(shù)作為機械系統(tǒng)在變溫環(huán)境中穩(wěn)定運行的“溫度密碼”，其精準調(diào)控已成為現(xiàn)代高端裝備性能躍升的關(guān)鍵。從傳統(tǒng)材料的改性優(yōu)化到負膨脹材料的顛覆性創(chuàng)新，從被動補償?shù)街悄茏赃m應控制，熱膨脹系數(shù)的研究不斷推動著機械工程向高精度、高可靠性、高環(huán)境適應性的方向進化。

（延伸閱讀作者：廣東科技學院 黃志維）

責任編輯：張鵬輝